一种磁悬浮球形感应电机的仿真特性分析

严博丰，徐衍亮，吴春九，焉来军，黄志斌

(1.中国电力科学院 电力工业电气设备质量检验测试中心，武汉 430074；2.山东大学 电气工程学院，济南 250100)

0 引 言

相较于传统电机，磁悬浮球形电机的转子是一个磁悬浮球体，可以在三维空间任意方向持续旋转，从而输出任意方向的姿态控制力矩，避免了多个传统飞轮之间固有的动力学耦合问题，控制精度和驱动效率更高。磁悬浮球形感应电机作为一种特殊用途的电机，在工作过程中不仅要能够提供3个自由度上的旋转转矩，还需要同时兼顾磁悬浮轴承的悬浮力输出。

本文给出了一种浮转一体的磁悬浮球形感应电机，该电机没有专门的磁悬浮支承部件，而是利用旋转驱动磁极，在产生旋转驱动的同时，产生悬浮驱动，从而有效降低了电机结构的复杂性，提高了电机的功率密度和转矩密度。

1 浮转一体磁悬浮球形感应电机的结构及基本原理

浮转一体磁悬浮球形感应电机由定子和球转子组成，其原理结构图如图1所示。导磁球壳外表覆铜构成了球电机的转子，在定子上，以过转子球心的X、Y、Z坐标轴为对称轴，对称分布了6个完全相同的定子块X1、X2和Y1、Y2及Z1、Z2，各定子块由完全相同的铁心块和其内周的三相对称绕组构成。相对称的两个定子块中，三相对称电流的有效值分别为I0+ΔI和I0-ΔI，其中I0为偏置电流，ΔI为控制电流。这两个定子块中的三相对称电流会在定转子气隙中产生沿其对称轴旋转的磁动势和磁场，旋转磁场在转子表面覆铜中产生感应电动势和感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用而受力，从而使球电机沿两定子块对称轴旋转；……